Tần số xung nhịp tối đa của bộ vi xử lý


9

Gần đây, tôi đã nghe nói rằng AMD đã phát hành loạt bộ xử lý FX mới của Vishera chạy ở mức 5 GHZ. Câu hỏi của tôi là liệu có bất kỳ giới hạn trên của tốc độ xung nhịp của bộ xử lý không? Đó là chúng ta có thể tiếp tục tăng tốc độ đồng hồ mãi mãi? Những vấn đề điện nào chúng ta sẽ phải đối mặt với tốc độ đồng hồ cao hơn?


Tại sao bạn nghĩ nó sẽ là bất cứ thứ gì khác ngoài 5 GHz?
jippie

@jippie Tôi không hiểu.
Torsten Hĕrculĕ Cärlemän

Bạn có nghĩa là nói chung hoặc cho ví dụ cụ thể này? Bạn có thể muốn làm rõ câu hỏi của bạn.
jippie

@jippie đã cho nó làm ví dụ. Câu hỏi của tôi là liệu chúng ta có tiếp tục tăng tốc độ xung nhịp không. Tôi đã chỉnh sửa bài viết của mình.
Torsten Hĕrculĕ Cärlemän

Câu trả lời:


10

EDIT : Câu hỏi này dẫn đến một cuộc thảo luận dài. Điều rất quan trọng để hiểu rằng thực tế là tốc độ CPU không tăng trong những năm qua có liên quan đến các khía cạnh thương mại và không liên quan trực tiếp đến bất kỳ vấn đề kỹ thuật hoặc vật lý nào. Bạn có thể kiểm tra liên kết này để biết tần số cao nhất đạt được với các CPU hiện có bằng cách ép xung và siêu lạnh.

Từ phát minh ra PC đầu tiên và cho đến đầu năm 2000, tham số chính của mỗi CPU là tần số của nó (tần số hoạt động tối đa). Các nhà sản xuất đã cố gắng đưa ra các công nghệ mới cho phép tần số cao hơn và các nhà thiết kế chip đã làm việc rất chăm chỉ để phát triển các kiến ​​trúc vi mô cho phép chip chạy với tần số cao hơn.

Tuy nhiên, khi các con chip trở nên nhỏ hơn và nhanh hơn, vấn đề tản nhiệt phát sinh - khi toàn bộ lượng nhiệt được tạo ra bởi các bóng bán dẫn không thể tiêu tan, các con chip đã bị hỏng. Các kỹ sư bắt đầu gắn các bộ tản nhiệt vào bộ xử lý, sau đó là quạt, nhưng cuối cùng họ đã đi đến kết luận rằng phương pháp tăng tần số CPU không còn thực tế về mặt hiệu suất tăng thêm trên mỗi chi phí.

Nói cách khác: tần số CPU có thể tăng lên, nhưng điều này làm cho CPU (trên thực tế, không phải CPU mà là cơ chế làm mát) quá đắt. Người tiêu dùng sẽ không mua máy tính đắt tiền nếu có một sự thay thế .

Nhìn chung, các quy trình công nghệ hiện tại cho phép hoạt động ở tần số rất cao (trên ~ 3GHz mà Intel thường sử dụng và thậm chí 5GHz của AMD không phải là mức trần). Tuy nhiên, chi phí liên kết của các thiết bị làm mát được yêu cầu ở các tần số cao này là quá cao.

Tôi muốn nhấn mạnh điều này: không có hiệu ứng vật lý nào ngăn cản sự phát triển của bộ xử lý 8-10GHz với công nghệ hiện tại . Tuy nhiên, bạn sẽ phải cung cấp một cơ chế làm mát rất tốn kém để ngăn chặn bộ xử lý như vậy bị cháy.

Hơn nữa, các bộ xử lý thường hoạt động theo kiểu "nổ" - chúng có thời gian nhàn rỗi rất dài, sau đó là các khoảng thời gian ngắn, nhưng rất chuyên sâu (và do đó tiêu thụ năng lượng cao). Các kỹ sư có thể xây dựng bộ xử lý 10GHz hoạt động ở tần số cao nhất trong một khoảng thời gian ngắn (và không cần làm mát thêm vì thời gian ngắn), nhưng cách tiếp cận này cũng bị từ chối vì vô dụng (đầu tư cao vào phát triển so với mức tăng đáng ngờ ). Tuy nhiên, sau những cải tiến kiến ​​trúc vi mô trong tương lai, phương pháp này có thể được xem xét lại. Tôi tin rằng bộ xử lý AMD 5GHz này không hoạt động liên tục ở mức 5GHz, nhưng tăng xung nhịp bên trong của nó lên tối đa trong các vụ nổ ngắn.

GIỚI HẠN VẬT LÝ: Có giới hạn vật lý đối với tốc độ xung nhịp tối đa có thể đạt được cho mỗi công nghệ xử lý (phụ thuộc vào kích thước tính năng tối thiểu của công nghệ), tuy nhiên tôi nghĩ rằng bộ xử lý cuối cùng của Intel đã thực sự bị đẩy đến giới hạn này là Pentium 4. Điều này có nghĩa là ngày nay, khi công nghệ tiến bộ và kích thước tính năng tối thiểu bị giảm (trong khi đó theo luật Moore), lợi ích duy nhất từ ​​việc giảm này là bạn có thể điều chỉnh logic nhiều hơn vào cùng một khu vực (các kỹ sư không còn đẩy tần số CPU đến giới hạn của công nghệ).

BTW, giới hạn trên không thể tăng mãi mãi. Đọc về luật của Moore và các vấn đề liên quan đến thiết bị tiếp theo của nó.


Vì vậy, bạn nói rằng theo luật của Moore, vì số lượng các thành phần sẽ tăng lên, chúng ta sẽ sớm hết dung lượng cho một bộ xử lý hoạt động hiệu quả và mát mẻ?
Torsten Hĕrculĕ Cärlemän

@AnuragPallaprolu, tôi không biết ý của bạn là gì "sẽ sớm hết chỗ". Chúng tôi đã vượt qua điểm tăng tần số (có thể) không mang lại lợi ích thương mại. Tuy nhiên, tôi không tin rằng vấn đề tản nhiệt sẽ làm giảm tần số hoạt động trong tương lai - trong khi số lượng bóng bán dẫn đang tăng lên, công suất hoạt động tiêu tan của mỗi bóng bán dẫn sẽ giảm. Chúng ta có thể thảo luận về hàm ý của sự gia tăng mạnh về năng lượng rò rỉ, nhưng nó không phải là chủ đề của câu hỏi này.
Vasiliy

Các thành phần khác có bị ảnh hưởng bởi tần số cao hơn không? Họ cũng nên đồng hồ lên để đồng bộ hóa phải không?
Torsten Hĕrculĕ Cärlemän

Không cần thiết. CPU hiện đại sử dụng nhiều đồng hồ (bên trong). Một số nhanh hơn, một số chậm hơn. Có các giải pháp vững chắc cho các vấn đề đồng bộ hóa (thường được gọi là các vấn đề xuyên qua miền đồng hồ).
Vasiliy

@AnuragPallaprolu, tôi đã chỉnh sửa câu trả lời của mình. Đó là câu trả lời đầy đủ nhất mà tôi có thể đưa ra. Tôi thậm chí còn tìm thấy một cái gì đó mới mẻ đối với bản thân mình - có những kỷ lục thế giới được theo dõi về tần số CPU. Bạn có thể thấy rằng ngay cả các bộ xử lý không được thiết kế để hoạt động ở tốc độ 8GHz cũng có thể đạt tới các tần số này.
Vasiliy

0

Có giới hạn phyical.

Tần số bộ xử lý bị giới hạn bởi:

  • tốc độ của dòng điện (ví dụ bằng đồng)
  • tốc độ chuyển mạch của bóng bán dẫn
  • kích thước của bộ xử lý

Giả sử bạn có số nhân và đăng ký trên CPU. Một số biến đầu vào được nhân lên và sau đó được lưu trữ trong thanh ghi.

Tín hiệu điện cần thời gian để đi qua các đường tín hiệu và bóng bán dẫn.

Nếu bạn tăng tốc độ xung nhịp quá nhiều thì phép nhân vẫn chưa kết thúc khi chu kỳ tiếp theo bắt đầu. Và bạn có thể muốn sử dụng kết quả của phép nhân trong hướng dẫn tiếp theo!

Vì vậy, nếu CPU nhỏ hơn thì bạn có thể đặt tần số cao hơn trên nó.

Xem thêm: Chậm trễ tuyên truyền Nút thắt kết nối

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.